Einbau organischer Körper in die Oberfläche von Steinholzbelägen zur Erhöhung der Güteeigenschaften

46 Pages·1965·2.506 MB·German

by  Dipl.-Chem. Eberhard Benkel (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 1412
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
DK 666.856.2:679.564
666.974.64:679.564
620.17
620.193.96
Dipl.-Chem. Eberhard BenkeI
Institut fik Fujlbodenforschung und -materialprüfung
der Fraunhofer-Gesellschaft
zur Fb"rderung der angewandten Forschung e. V., Bonn
Einbau organischer Körper
in die OberB.äche von Steinholzbelägen
zur Erhöhung der Güteeigenschaften
WESTDEUTSCHER VERLAG KÖLN UND OPLADEN 1965
ISBN 978-3-663-06248-6 ISBN 978-3-663-07161-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07161-7
Verlags-Nr. 011412
© 1965 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
lnhalt
Einleitung ........................................................ 7
1. Art der Kunstharze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Harnstoff-Formaldehydharze .............................. ~.. 9
1.11 Wasserlösliche Harnstoff-Formaldehydharze .................... 9
1.12 Alkohollösliche Harnstoff-Formaldehydharze ................... 9
1.2 Melaminharze.............................................. 10
2. Beschreibung der Versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Rohstoffe.................................................. 11
2.2 Herstellung der Versuchskörper und Versuchsanordnung ........ 11
3. EinfluB der Zusätze auf die Mörteleigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 Biegefestigkeiten und Druckfestigkeiten ....................... 14
3.2 Härte...................................................... 16
3.3 VerschleiBfestigkeit......................................... 17
3.4 Längenänderungen, Gewichtsänderungen und Rohwichten ....... 18
3.5 Wasseraufnahmegeschwindigkeit.............................. 21
3.6 Festigkeiten und Längenänderungen der Mörtel bei feuchter Lage-
rung ..........................................' ............ 23
3.7 Festigkeit bei trockener und feuchter Lagerung (Wechsellagerung) 25
4. Biologische Einflüsse ............................................ 27
5. Zusammenfassung und SchluBfolgerungen ......................... 28
5
Einleitung
Die Eigenschaften, die ein aus Magnesiamörtel hergestelIter FuBbodenbelag
haben muB, hängen von dem Zweck ab, dem er dienen solI. Das bedeutet, daB ein
guter Bodenbelag als Gehbelag oder Nutzschicht, abgesehen davon, daB er bei
entsprechendem Verwendungszweck auch ein gutes Aussehen zeigen muB, rnit
seinen Haupteigenschaften, wie graBe Oberflächenhärte und Kantenfestigkeit,
Biegefestigkeit und Elastizität, Dichtigkeit, Raumbeständigkeit, Rohwichte,
Struktur, Farbe usw., so sein solI, daB dem Bauzweck nicht dienliche Einflüsse
und Eigenschaften nach Möglichkeit ausgeschaItet bzw. gemindert werden, so
weit dies durch sachgemäBe Mischungszusammensetzung und Verarbeitungs
methoden möglich ist.
Infolge der an vielen Stellen gewonnenen Erkenntnisse aus der Forschung und
durch die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der FuBbodenkonstruktionen weiB
man heute, wie von Fall zu Fall wichtige Eigenschaften gewährleistet werden
können, z. B. RiBsicherheit, Zähigkeit und Elastizität oder hoher Widerstand
gegen Abnutzung.
Aus verschiedenen Gründen kann es jedoch hin und wieder notwendig sein, be
stimmte Eigenschaften des erhärteten Steinholzmörtels durch chemische Zusätze
zu verändern oder zu ergänzen.
Wenn man sich ein Urteil über die Wirkungsweise dies er Stoffe, die als Ver
gütungsrnittel einzeln oder in Kombination miteinander vorgeschlagen worden
sind, bilden solI, so stöBt das schon des wegen auf Schwiedgkeiten, weil wir es hier
mit einem Gebiet zu tun haben, für dessen wissenschaftliche Bearbeitung nach ein
heitlichen Gesichtpunkten noch alle Unterlagen fehlen. Eine bestimmte Klassi
fizierung der Zusatzmittel ist kaum möglich. Der Grund dafür, daB es zu einem
einheitlichen Urteil bisher nicht kommen konnte, ist nicht nur in den Eigenschaf
ten dies er Matedalien zu suchen, sondern auch dadn, daB ihre Wirkung von vielen
äuBeren Umständen abhängt, so von der Zusammensetzung des Bindemittels, der
Art der Füllstoffe, dem MischungsverhäItnis, der Konzentration der Magnesium
chloridlösung und anderen Einflüssen. Die bishedgen Beobachtungen haben ge
zeigt, daB da, wo tatsächlich dn günstiger EinfluB auf dne bestimmte Eigenschaft
erreicht wurde, sie fast immer mit gewissen EinbuBen an anderen Eigenschaften
des Mörtels erkauft werden muBte. So treten in manchen Fällen fühlbare und er
hebliche Festigkeitsverminderungen ein, während allerdings gelegentlich auch
Festigkeitssteigerungen festgestellt wurden. Es geiten hierfür aber keinerlei feste
Regeln, und darum muB die Frage, ob im einzelnen Fall die Verwendung eines
Zusatzrnittels vorteilhaft ist, durch die den jeweiligen Arbeitsbedingungen an
gepaBten V orversuche entschieden werden.
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Durch die immer mehr steigende Anwendung der Kunststaffe auf vielen Gebieten
im Bauwesen lag es nahe, zu untersuchen, ab die Eigenschaften eines Magnesia
mörtels durch Zusatz van Kunstharzen verbessert werden können. Für unsere
Vers uche baten sich Harnstaff-und Melaminharze an, weil nach den Erfahrungen
in anderen Bereichen der Kunststaffindustrie zu erwarten war, dan der Zusatz
dies er Staffe einen günstigen Einflun auf die Festigkeiten, var allem auf die Wider
standsfestigkeit gegen mechanische Beanspruchung der Oberfläche van Nutz
schichten, ausüben würde. Es wurde auch erwartet, dan die Dichtigkeit der Böden
gegenüber Wasser erheblich verbessert wird, was im Hinblick auf die laufende
Pflege des Belages van Varteil wäre. Zum anderen könnte hier bei ei ne Nachbe
handlung mittels der bisher entwickclten Versiegelungsverfahren entfallen.
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1. Art der Kunstharze
Bei den zur Anwendung gekommenen organischen Verbindungen handelt es sich
urn Stoffgruppen, die bereits seit vielen Jahren bekannt bzw. erforscht worden
sind. Sie werden inzwischen in groBtechnischem MaBstabe hergestellt und für die
Textilausrüstung, Holzverklebung, Furnierverleimung, Holzimprägnierung, als
Bindemittel für Holzfaserplatten und in modifizierter Form für Lackzwecke ver
wendet.
1.1 Harnstoff-Formaldehydharze
1.11 Wasserliisliche Harnstoff-Forlllaldehydharze
Durch Kondensation von Formaldehyd mit Harnstoff werden wäBrig-flüssige
Harze mit einem Harzgehalt von etwa 60 bis 65% erzeugt. Bei weiterer Ent
wässerung bilden sich feinpulverige Harze, die in Wasser - gegebenenfalls bei
geringer Erwärmung - gut löslich sind. Durch Zusatz eines sauren Härters lassen
sich die Härtezeiten herunterdrücken. Im ausgehärteten Zustand ist das Harz un
löslich in Wasser und auch in organischen Lösungsmitteln.
Als Zwischenstufen der Kondensation sind Mono- bzw. Dimethylol-Harnstoffe
isoliert worden, die bei weiterer Reaktion und Vernetzung schlieBlich zu den
wasserun1öslichen Methylen-Harnstoffen führen.
1.12 Alkohol/ó'sliche Harnstoff-ForlJJa/de~ydharze
Die Harnstoffharze, die speziell für Lackzwecke bestimmt sind, werden in nicht
wässrigen Lösungsmitteln, insbesondere in alkoholischer Lösung hergestellt. Als
Ausgangsstoffe für die Herstellung von Harnstoff-Formaldehyd-Lackharzen die
nen Harnstoff, Formaldehyd und niedere aliphatische Alkohoie, vor allem Butanol,
mit welchen die Methylolgruppen des in Wasser gelösten Kondensates veräthert
werden, urn in organischen Lösungsmitteln lösliche Harze zu erhalten. Eine
Sonderstellung nehmen hier die Carbamidsäureharze ein, bei denen durch Austausch
des Harnstoffes durch ein Diurethan ei ne Elastifizierung erzielt wird.
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1.2 Melaminharze
Diese Stoffgruppe steht in naher Beziehung zu den Harnstoffharzen. Das Melamin
(s. folgendes Formelbild) NH
2
I
C,
N
11
C-NH
2
N
besitzt ebenso wie Harnstoff die Fähigkeit, mit Aldehyden und Ketonen Alkylol
verbindungen zu liefern.
Die groGe technische Bedeutung dieser Verbindungen, von denen in erster Linie
die Di-und Trimethylolmelamine interessieren, beruht auf dem Urnstand, daG sie
unter dem EinfluG von sauren Beschleunigern Kondensationsreaktionen zeigen,
nach denen sich unter Wasser und meist auch unter Formaldehydabspaltung in
ähnlicher Weise wie zwischen den analogen Harnstoffverbindungen Äther- und
Methylenbindungen ergeben. Bei Vervielfältigung dies er Reaktionen erhält man
dann hochmolekulare, in Wasser und den gebräuchlichen organischen Lösungs
mitteln unlösliche Körper von Hartharzcharakter. Was dies en Melaminharzen eine
gewisse Überlegenheit verschafft, ist nicht nur ihre hohe Härtungsgeschwindig
keit und ihre Farblosigkeit, sondern vor allem die groGe Härte, die mechanische
Festigkeit und die auGerordentlich hohe Wasser- und Chemikalienfestigkeit.
Für lacktechnische Zwecke haben gröGere Bedeutung die nach folgendem Schema
erhältlichen Melaminmethyloläther gewonnen:
(-H20)
+
RM - NH - CH2 - OH HO - RA .----+ RM - NH - CH2 - 0 - RA
(RM = Melaminrest) (RA = Alkoholrest)
Ist die Alkoholkomponente etwa Butanol, so erhält man Melaminmethylolbutyl
äther, die meist in Form ihrer butanolischen Lösungen in den Handel kommenden
Melaminharze. Durch den EinfluG von Säure reagieren die Moleküle unter Ab
spaltung von Wasser, Alkohol und Formaldehyd und Bildung groGer Molekül
komplexe in ähnlicher Weise wie bei den Methylolmelaminen.
Ihre groGe Bedeutung verdanken die an und für sich nach der Aushärtung spröden
Melaminmethyloläther der elastifizierenden Wirkung der Alkydharze, jener be
kannten Glycerin-Öl-Phthalsäure-Umsetzungsprodukte, die infolge ihres Gehaltes
an freien Carboxyl- und Hydroxylgruppen unter Verätherung und Veresterung
mitden Melaminmethyloläthern wiederum unter demEinfluG von Säure rea gieren.
Urn den EinfluG der chemischen Zusätze auf die wichtigsten Eigenschaften der
Magnesiamörtel festzustellen, wurden mit Mitteln des Landesamtes für Forschung
des Landes Nordrhein-Westfalen Vers uche im Fraunhofer-Institut für FuGboden
forschung und -materialprüfung, Bonn, durchgeführt. Im folgenden wird zu
sammengefaGt über das Ergebnis dieser Versuche berichtet.
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2. Beschreibung der Versuche
2.1 Rohstoffe
Als Ausgangsstoffe wurden die Industrie-Rohstoffe verwendet, die man im all
gemeinen zur Herstellung von magnesiagebundenen Be1ägen (Nutzschichten)
verarbeitet.
Kaustisch gebrannte Magnesia mit einem MgO-Gehalt von 85% und einem 7%igen
Rückstand auf dem Sieb mit 4900 Maschenfcm2•
Chlormagnesiumlauge mit einem spezifischen Gewicht von 1.260, jeweils auf notwen
di ge Konzentration verdünnt.
Hoizmehi aus Fichtenholz mit 0-0,3 mm KorngröBe und einem Litergewicht von
Lr = 180 g.
Kunstharze. Es wurden folgende fünf Harnstoff- und Melaminharze verwendet:
Dimethy lolharnstoff, kristalli siert,
Plastopal BT, ca. 60%ig in Sprit, elastifiziert,
Madurit T2, pulverförmig,
Maprenal SHL, ca. 55%ig in Butanol,
Maprenal SHLfAlkydal-RD 18 - Lösung.
2.2 Herstellung der Versuchskörper und Versuchsanordnung
Es wurde angestrebt, bei der Durchführung der Untersuchungen unter möglichst
gleichen V ersuchs bedingungen zu prüfen. Die Mörtelmenge jeder Versuchsreihe
war deshalb so bemessen, daB die für die Untersuchung erforderlichen Versuchs
körper in einem Arbeitsgang hergestellt werden konnten.
Die kaustisch gebrannte Magnesia und der durch Lagern bei 20 ± lOC und
65 ± 3% rel. Luftfeuchtigkeit klimatisierte Holzfüllstoffwurden unter Berück
sichtigung ihrer Rüttelgewichte nach Gewicht zusammengegeben und in einer
Mischmaschine gut vermengt. Die Zusammensetzung war die allgemein ge
bräuchliche für die Herstellung von Steinholznutzschichten und hatte ein Mi
schungsverhältnis zwischen Magnesit und Holzmehl nach Volumen teilen wie
1: 1,75, d. h. es kamen auf 1 Raumteil kaustisch gebrannte Magnesia 1% Raum
teile Holzmehl. Weitere Füllstoffe wurden nicht herangezogen, urn zu vermeiden,
daB durch eine Vielzahl von Füllstoffen die Auswertung der MeBergebnisse er-
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schwert würde. Diesen Trockenmischungen wurden die Kunstharzlösung und
Magnesiumchloridlösung zugegeben. Hierbei haben wir bei sämtlichen Ver
suchsmischungen ein stets gleichbleibendes Gewichtsverhältnis zwischen der
MgCh-Menge aus der Magnesiumchloridlösung und der MgO-Menge aus dem
Magnesitanteil von 1: 2,6 eingehalten.
Die Verarbeitung der Zusätze erfolgte entsprechend den Vorschriften der Liefer
firmen bzw. nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
Urn den EinfluS auf die technologischcn Eigenschaften bes ser beurteilen zu kön
nen, wurde der Anteil des betreffenden Zusatzmittels in den Mörteln variiert. Die
angegebenen Mengen beziehen sich auf den Gehalt der Mörtel an Magnesit, und
zwar ohne Rücksichtnahme auf den Aggregatzustand, den die chemischen Zu
sätze hatten, d. h. gleich ob sie flüssig oder fest waren. Eine gewisse Schwierig
keit bereitete in einzelnen Fällen das mit den wassergelösten Substanzen einge
brachte Wasser in die Mörtelmischungen. Es wurde deshalb die Grädigkeit und
Anteil der Magnesiumchloridlösung verändert, urn unter Einhaltung eines kon
stanten MgCh: MgO-Gewichtsverhältnisses Störungen des Abbindevorganges
durch ei ne Änderung des Gesamtwassergehaltes zu vermeiden.
Hiernach wurden flir die Untersuchungen folgende Versuchsreihen festgelegt:
Nullmischung, hergestellt im Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1: 1,75
in Raumteilen (RT); Verhältnis MgCh (wasserfrei) : MgO = 1 :2,6 in Gewichts
teilen (GT); Chlormagnesiumlauge von 22° Bé.
Reihe A, Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1:1,75 (RT); Verhältnis
MgCb (wasserfrei) : MgO = 1 :2,6 (GT); Chlormagnesiumlauge von 22,5 und
23,0 und 24,5° Bé, entsprechend einem Zusatz von 2,5; 5 und 10% Dimethylol
harnstoff in wäSriger Lösung.
Reihe B, Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1:1,75 (RT); Verhältnis
MgCl2 (wasserfrei) : MgO = 1 :2,6 (GT); Chlormagnesiumlauge von 22° Bé und
ein Zusatz von 2,5 und 5,0 und 10,0% elastifiziertem Plastopal BT, ca. 60%ig in
Sprit. Die Kondensation wurde durch Zusatz von Schwefelsäure bewirkt.
Reihe C, Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1:1,75 (RT); Verhältnis
MgCh (wasserfrei) : MgO = 1 :2,6 (GT); Chlormagnesiumlauge von 22,5 und
23,0 und 24,5° Bé, entsprechend einem Zusatz von 5, 10 und 20°;') Madurit T2
(pulverförmig) in Wasser gelöst. Der Mischung wurde zwecks Härtung Schwefel
säure zugesetzt.
Reihe D, Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1:1,75 (RT); Verhältnis
MgCh (wasserfrei) : MgO == 1 :2,6 (GT); Chlormagnesiumlauge von 22° Bé und
ein Zusatz von 2,5 und 5,0 und 10,0% Maprenal SHL, ca. 55%ig in Butanol. Als
Härterflüssigkeit wurden auf 100 Gewichtsteile Festsubstanz des zu härtenden
Melaminharzes 15 Gewichtsteile einer 50%igen Phosphorsäure1ösung in Butanol
zugesetzt.
Reihe E, Mischungsverhältnis Magnesia: Holzmehl = 1: 1,75 (RT ); Verhältnis
MgCb (wasserfrei) : MgO = 1 :2,6 (GT); Chlormagnesiumlauge von 20° Bé
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